铁矿剥离与采矿爆破方案研究
研究方式
为探讨弃料剥离与采矿方式，结合*铁矿类似，太钢矿业公司下属的尖山铁矿和峨口铁矿爆破及国内类似的施工实例，这里着重对高强度的矿岩爆破开采方式进行研究。并对矿岩的爆破参数和施工机械设备的选型等，同时对国内当前类似矿岩爆破的方式进行了调研和分析，探讨了矿岩爆破开采方式和钻爆参数，以满足矿岩爆破的要求。
钻孔工作 中深孔作业
矿岩中深孔穿孔分别采用孔径为φ165mm高风压潜孔钻机和φ310mm牙轮钻机。矿岩爆破孔网参数的选取主要参照铁矿，本次设计岩石中爆破孔网参数：孔径310mm，排间距7m，孔间距9m，超深2.4m。矿石中爆破孔网参数：孔径165mm，排间距5m，孔间距6m，超深2.5m。靠近边坡时要采用减震爆破，如采用预裂爆破、逐孔爆破等方式进行局部处理边坡，钻孔则选择φ105mm辅助钻机。 每年各种穿爆量见表3－1。
表3－1 计算年矿山各种穿爆量表 项目 年爆破量 中深孔爆破量 一次浅孔爆破量 二次破碎量 单位 万t 万m3 万t 万m3 万t 万m3 万t 万m3 年爆破量 矿石 岩石 备注 经计算需要采用6台钻孔直径为310mm的牙轮钻机,5台钻孔直径为165mm的高风压潜孔钻机。中深孔穿孔设备计算见表3－2
表3－2 中深孔穿孔设备计算表 项 目 中深孔爆破量 班爆破量 孔距 排距 孔深（包括超深） 单位 万mm m m 3 矿石 岩石 备注 m3 阶段高度 废孔率 每米孔爆破量 钻机台班效率 每班需爆破量（含废孔） 所需钻机台数 设计选取钻机台数 m % m3 m m 台 台
3.2.2 一次浅孔及二次破碎工作
需要进行浅孔凿岩爆破的地点包括台阶穿孔爆破结束而残留的矿岩体、钻机作业有困难的地段、工作面爆破后产生的根底等处。铁矿一次浅孔采用5台φ105mm及15把Y-26型手持式风钻，φ42mm辅助钻机及解炮钻爆处理。
由于*铁矿属于特大型露天矿，设备装备水平较高，设计二次破碎采用液压碎石机，处理块度大于1.4m的矿岩，这样采场内和半移动破碎站处均可利用，安全性较好，且破碎成本较低。需2台液压碎石机。 3.2.3 爆破作业
正常大区生产采用中深孔多排孔微差爆破和浅孔微差爆破，中深孔占年总爆破量的98%，浅孔爆破占年总爆破量的2%。
Φ80mm、110mm柱状2号岩石铵油炸药与定型的乳化炸药：炮孔利用率低，为不耦合装药，爆破压缩圈小，只能作为浅孔普通的爆破开挖。
而采用乳化炸药混装车的技术进行中深孔多排孔微差爆破，爆破威力较大，耦合装药炮孔利用率高，爆破效果较好，而且还具备防水性能，炮孔利用率高，爆破压缩圈范围较大等特点。采用乳化炸药混装车技术的特点与优势如下： （1）大幅度提高爆破作业率
实现装药机械化，混装车的装药速率为280kg/min（1个φ310mm孔径的钻孔只需3min即可装完），与过去传统的爆破作业方式相比，其所需人工减少60～70％，大大节省劳动定员。 （2）降低工程成本
炸药成本低于常规炸药，同时又降低钻爆成本。车制乳化炸药装药密度高，体积威力大，孔网参数比传统的孔网参数扩大，可减少钻
孔工作量25～40％，大大降低钻孔成本；取消了炸药仓库设立及各种储运费用，完全节约了包装材料及二次改炮费用。 （3）施工安全得到全面改善
炸药在施工现场配置生产，混装车不运输成品炸药，在整个加工运输过程中都不存在任何意外爆炸危险。平时也无需仓库贮存炸药，彻底消除了传统的炸药生产、运输、储存过程中的不安全因素。 （4）混装车可以保证其混装的乳化炸药自由调节能量
可根据现场地质条件、岩性，调节炸药的密度、猛度、爆速及其它相关参数，保证炸药能量的最大发挥。 （5）有效控制并改善破岩质量
由于保证了炸药的自由调节能量，根据爆破设计参数，可最大限度地提高爆破质量，有效控制爆破石料的块径，直接满足石料的多种用途要求。
（6）水孔可直接装药
对于深水孔装药具有明显优越性，可由装药软管从孔底往上装药，随着炸药的装入，将炮孔中积水自动排除，装药效率高、质量也不受丝毫影响。
3.2.3.1 中深孔爆破
（1）爆破材料
普通导爆管起爆网络安全性好，操作方便，起爆规模不受网络本身的，但起爆时间间隔太长，且精度不高，容易发生盲炮。奥瑞凯高精度非电雷管精度高，操作简单方便，具有抗高温、高压的特点，而且单孔单段起爆网络绝对可靠，对爆破引起的地基振动有很好的控制作用。是岩石爆破开采和大规模的深孔爆破非常理想的起爆雷管； （2）孔网布置
（1）在矿山大规模的开挖爆破施工中，采用矩形布孔和梅花形布孔两种布孔方式，为了药量分布的均匀性和起爆顺序起爆网络的灵活性，建议密集系数（孔距/排距）为1.5～1.8较好。钻孔角度90。采用Φ1656mm的阿特拉斯ROC-460PC型高风压潜孔钻机和露天液压钻机的孔排距可按5×6m；采用Φ310mm牙轮钻机的孔排距可按7×9m。
（2）前排抵抗线的大小对爆破效果的影响很大，也是保证爆破安全的重要因素之一。而Ф310mm的钻孔爆破采用抵抗线为6.0～7.0m较为合适，但最小抵抗线不宜小于5.5m。合理的前排抵抗线一般与装药直径成正比，一般取值约为20～30倍装药直径，以保证爆破的安全和合理的块度粒径。
（3） 梯段高度、超钻和堵塞
顶部的揭顶和坡面的削帮的高度受地形的，用阿特拉斯ROC-460PC型高风压潜孔钻机和露天液压钻机可分别采取5～15m的梯段高度，最大梯段高度不大于15.0m。而大规模的剥离与开采，采用的KY-310型牙轮钻机理想梯段高度为15～20m左右，超钻按抵抗线的0.20～0.40倍控制，一般为2.0～3.0m。
炮孔采用粘土或钻孔岩粉封堵，堵塞长度约为药卷直径的25～30倍，严禁在堵孔内混有石块或碎石，以免造成飞石伤害事故。在保证安全的条件下，堵塞长度宜尽量减小，现场按3.5～4.5m控制。堵塞长度大于5.0m的部分，采用小直径的破碎药包延长装药结构，以增加表层破碎效果，辅助药包炸药用量按公式Q=KL3计算，（式中K取0.08～0.1kg/m3，L为堵塞长度），辅助药包位置放在堵塞段2/3～1/2处。
（4）装药结构
在大规模的剥离与开采爆破施工中，可采用全耦合装药，全耦合装药方式的爆破效果明显优于不耦合装药方式；在同一单耗情况下，耦合装药方式产生矿岩的特征是：粒径小，均匀系数小。而间隔耦合装药对特征粒径和均匀系数的影响不是很大，但间隔装药操作困难，炮孔利用率低。
（5）爆破规模与起爆方式
在大孔径深孔梯段爆破中，全部采用毫秒微差爆破，包括排间和孔间两种方式。起爆顺序采用“V”型起爆、斜排起爆、直线起爆三种网络方式。“V”型起爆、斜线起爆方式均可以成功起爆，爆堆较集中，差别不大。
在大规模的剥离与开采爆破施工中，每次孔数不宜超过80～100个，孔网面积：① 当钻孔直径为Ф310mm时：S=a×b=9×7m=63m2；② 当钻孔直径为Ф165mm时：S=a×b=6×5m=30m2；梯段高度：H=15m；排数不宜超过4排，每排钻孔20～25个，其规模控制在8.0～10.0万m3范围内，。规模太小，影响开采强度；规模过大，起爆单段药量难以控制，增大爆破震动，对高边坡及周围居民和建筑物造成不良影响。
3.2.3.2 浅孔爆破
一次浅孔爆破，采用乳化炸药，非电雷管和导爆管起爆，在白班进行。
3.2.3.3 预裂爆破
根据地表地形条件，到最终状态时，边坡高度可达600m以上（南
端部区），除北端部区外，一般边坡高度都在400～500m，属于高大边坡。
为保证边坡稳定和美观，露天矿边帮边坡决定采用深孔预裂爆破进行，其钻孔主要用PC-460型高风压潜孔钻孔，孔径D=105mm，根据类似工程经验，孔距可按1.5～1.8m，线装药密度600～800g/m，炸药为Φ32乳化炸药，装药结构为间隔不耦合装药，采用导爆索串接，非电雷管起爆，其个参数需通过爆破试验进行调整。 主要爆破材料年消耗量
各种主要爆破材料年消耗量见表3－3
表3－3 各种爆破材料消耗量表 项目 中深孔爆破年爆破用量 材 料 名 称 φ32～80mm乳化炸药 混装乳化炸药 高精度非电雷管 普通非电雷管 导爆索 电雷管 φ32～80mm乳化炸药 单位 t t 发 发 m 发 t 发 m 发 t t 发 发 m 发 年耗 备 注 一次浅孔年爆破用量 普通非电雷管 导爆索 电雷管 φ32～80mm乳化炸药 混装乳化炸药 爆破材料高精度非电雷管 合计用量 普通非电雷管 导爆索 电雷管 炸药选择
现场混装炸药车技术是当今国际上最先进的炸药生产方式，在国际国内大型矿山开采及重点工程建设中被普遍推广使用。在矿山开采施工中，公司拟采用现场混装乳化炸药生产系统配合国内先进的爆破技术进行现场爆破施工。现场混装乳化炸药车生产系统包括移动式地面制地面站和现场混装炸药车两个部分。该系统是集原材料运输、炸药现场混制、机械化装药于一体的先进技术，炸药在现场混制和装填，制备工艺简单，省去了炸药运输、流通、仓管、包装等中间环节，具有装药耦合性好、爆破质量高、作业效率高、劳动强度低、安全环保、钻爆成本低等优点。该系统配合我公司先进的爆破开采技术，可满足
爆堆松散、块度均匀、底板平整的高标准爆破要求，并能有效提高炮孔利用率，降低钻孔成本，提高挖装效率，为矿山的大规模开采创造了极其有利条件，目前成为众多矿山爆破作业的最佳设备。矿山在使用现场乳化炸药车生产系统后，成品炸药仅使用小量的起爆药包，因此，可有效降低矿山安全管理等级，减少爆破安全管理风险。 由于矿山年炸药消耗量大，炸药供应、安全管理风险较大，因此采用现场混装炸药；拟采用25t的炸药混装车，经计算达产年需要6台炸药混装车。 爆破振动控制与安全防护 爆破振动控制与安全防护
在大规模的剥离与开采爆破施工中，由于采取是大孔径、中深孔的梯段钻爆，因此，爆破振动控制不仅要考虑自身山体的便坡稳定外，而且还要考虑到开挖区爆破对周围建筑物的破坏与影响。为切实防范和杜绝爆破施工中产生的爆破震动超过《爆破安全规程》要求的范围，贯彻“安全第一、预防为主、综合治理”的方针,必须对爆破质点振动速度和飞石进行控制，保障爆破安全具有重要意义。 （1）主动防护
①严格按照地震安全距离计算公式： 式中：V——振动速度值（cm/s） R——安全距离（m）
Q——单段起爆药量（kg） ② 飞石控制
根据钻孔爆破施工的飞石距离公式有： R=40d（m）；
R=100K1K2（r/w），（m）； Smax=260×D2/3。
式中：R——安全距离（m）；d—孔径（m）； K1——深孔密集系统（取1）； r—深孔半径（cm）；
K2——炸药爆能与抵抗线相关的系数（取0.9～1.1）； W——第一排炮孔的最小抵抗线（m）。
在梯段爆破（钻孔直径φ165～310mm）全耦合装药时，计算得出露天深孔的爆破飞石距离在270～300m，鉴于该梯段爆破孔口堵塞一般为5.0～6.0m，其孔口飞石的可能性不大，最大飞石的可能为第一排爆破孔。为此，采取在爆破台阶的前沿，预留一定厚度的爆渣，用
R3Q(K/V)1/(m)
来进行微差挤压爆破，这样既可防止飞石，又可达到矿岩充分破碎的效果。
③爆破振动控制
在大孔径深孔梯段爆破中，单段起爆药量控制在1500kg以内，可采用奥瑞凯高精度非电雷管进行2孔一段，必要时采取单孔单段起爆网络，孔间微差延时可控制在25ms（±0.5ms），对爆破引起的地基振动有很好的控制作用。
同时根据现场地质条件、岩性，乳化炸药混装车可调节炸药的密度、猛度、爆速及其它相关参数，保证炸药能量的最大发挥和将爆破振动尽量减小。 ④爆破振动监测 加强爆破振动监测，确保建筑物开挖安全及对已建建筑物的影响。边坡开挖严格按自上而下通层开挖，做好边坡坡面清理和支护，及时撬除危岩和不稳定块体，保证开挖边坡的稳定。 （2）被动防护
由于爆破工程本身的诸多不确定性，飞石的可能性总是存在的，对爆破区域附近必须严加防范，设置警戒标志和信号，不留死角，人员必须撤离到500m以外，机械必须撤离到300m外，对不能撤离的设备，如半移动破碎站、胶带输送机、电铲、牙轮钻机及电器设备设施等，必须加强遮盖防护，如采取活动式竹排屏障，密孔铅丝网，聚氨脂网屏障等材料覆盖。同时将施工设备等撒离到爆破区的背面或侧面向，确保设备的安全。为便于现场挖装、运输设备及电器设施、人员的更好防护，按爆破的规模、地形、方位等，将其撤离、防护。
环保要求
（1）严格按有关规定和监理人的指示做好施工弃渣（土）的处理，严格按指定的渣场弃渣，并采取措施进行处理，保证做到不任意堆放弃渣，禁止向河流、稻田、及指定区以外的场地乱弃渣，防止和减少水土流失；
（2）选用低尘工艺，施工期间，各类除尘设备与生产设备同时运行，并保持良好运行状态，对高尘区作业人员配备专用防尘劳保用品。 （3）开挖钻孔设备均配置捕尘装置，高风压潜孔钻机需配备吸尘装置，牙轮钻机采取湿式除尘，降低粉尘产生量。